LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中的應(yīng)用

杭汝強(qiáng)

摘 要：當(dāng)前國(guó)內(nèi)大中型城市軌道交通體系中都會(huì)采用到CBTC（Communication Based Train Control System）基于通信技術(shù)的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，新系統(tǒng)中囊括了監(jiān)控系統(tǒng)車—地通信、乘客信息管理、WLAN等等技術(shù)模塊，但該系統(tǒng)卻也明顯存在著頻譜資源相對(duì)有限這一問(wèn)題，容易受到干擾且數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量堪憂。而在城市軌道交通體系引入LTE這一4G技術(shù)后，CBTC系統(tǒng)在應(yīng)用效果上有所改善，所以本文中簡(jiǎn)單研究了LTE技術(shù)承載CBTC系統(tǒng)業(yè)務(wù)的具體技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：LTE技術(shù);城市軌道交通CBTC系統(tǒng);業(yè)務(wù)承載;技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)）技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，它提高了軌道列車運(yùn)營(yíng)過(guò)程中無(wú)線通信的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，也間接提升了軌道列車的整體運(yùn)營(yíng)安全度。相比于傳統(tǒng)WLAN無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用效率更高、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更大，它甚至能夠與列車通信控制CBTC、乘客信息PIS以及視頻監(jiān)控CCTV系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，具有著較高的系統(tǒng)兼容性與應(yīng)用效能。

1 LTE技術(shù)承載城市軌道交通數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的基本優(yōu)勢(shì)

LTE技術(shù)不同于CBTC系統(tǒng)，其技術(shù)中所采用的OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)與MIMO多入多出技術(shù)可有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率、降低頻譜干擾，所以它目前已經(jīng)成為了城市軌道交通數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)體系中的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。客觀講，基于4G技術(shù)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)可有效建立二元扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，其架構(gòu)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，覆蓋性表現(xiàn)良好，延遲低于100ms，技術(shù)系統(tǒng)日常維護(hù)維護(hù)難度不高。

在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中采用LTE技術(shù)還利用到了其靈活的帶寬，可隨時(shí)隨地配置不同信號(hào)帶寬內(nèi)容，對(duì)應(yīng)不同數(shù)據(jù)速率，適用于不同帶寬應(yīng)用，保證在頻段資源有限情況下依然能夠有效提升頻率利用整體效率。當(dāng)然，TD-LTE技術(shù)本身也有效克服了軌道列車高速移動(dòng)所帶來(lái)的多普勒效應(yīng)，確保列車在高速移動(dòng)場(chǎng)景下也能擁有較為優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路質(zhì)量。

客觀講，LTE技術(shù)已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)WLAN技術(shù)，成為了目前軌道交通信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)CBTC的不二選擇。這主要是因?yàn)閃LAN技術(shù)容易被干擾，2.4GHz的低頻段無(wú)法滿足當(dāng)前的列車高速運(yùn)轉(zhuǎn)與數(shù)據(jù)快速傳輸需求，而LTE技術(shù)則將這一頻段提升到5GHz，且它的頻譜資源相當(dāng)豐富，數(shù)據(jù)傳輸效率更高、傳輸成本更低、更易于申請(qǐng)。另外，傳統(tǒng)的WLAN技術(shù)是無(wú)法匹配高速移動(dòng)列車的，即無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸。再者WLAN技術(shù)中的軌旁無(wú)線設(shè)備偏多，維護(hù)相對(duì)復(fù)雜，例如其存在維護(hù)成本高且壓力大的缺陷問(wèn)題[1]。

2 LTE技術(shù)承載城市軌道交通CBTC系統(tǒng)業(yè)務(wù)的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

2.1 LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中的基本架構(gòu)

LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中的基本架構(gòu)主要圍繞車—地?zé)o線通信系統(tǒng)展開(kāi)，其具體要滿足車—地?zé)o線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載需求，建立一套成熟的列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，同時(shí)建立核心網(wǎng)絡(luò)體系，其中就包括了網(wǎng)管設(shè)備以及EPC設(shè)備、BBU、RRU接入網(wǎng)設(shè)備以及TAU終端網(wǎng)格設(shè)備。在這里，LTE則完全獨(dú)立存在，它以交叉雙網(wǎng)覆蓋形式構(gòu)建，可覆蓋城市軌道交通中的所有行車區(qū)域范圍，具體采用專用傳輸網(wǎng)與車站之間建立有效連接，成功接入各種各種入網(wǎng)設(shè)備，確保LTE基站能夠真正通過(guò)以太網(wǎng)接入到車站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之中，建立專用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道，確保網(wǎng)管部分與核心網(wǎng)部分有效連接。在后臺(tái)控制中心中，不同車站會(huì)通過(guò)接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)正常接入到LTE網(wǎng)絡(luò)之中，滿足CBTC網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)要求。為了確保列車車載信號(hào)實(shí)現(xiàn)快速切換，可在列車交通運(yùn)輸段加裝增益定向天線，統(tǒng)一覆蓋隧道與隧道口鄰近區(qū)域，確保車載信號(hào)無(wú)縫切換。換言之，可在車輛段、停車場(chǎng)室外位置覆蓋范圍較大的定向天線聯(lián)合體系，并在地下交通分岔區(qū)增加設(shè)置RRU，配合定向增益天線加強(qiáng)信號(hào)覆蓋能力[2]。

2.2 LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)業(yè)務(wù)中的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

為了確保城市軌道交通中的CBTC系統(tǒng)能夠安全運(yùn)營(yíng)，體現(xiàn)其核心設(shè)備價(jià)值，需要在系統(tǒng)中加裝LTE網(wǎng)絡(luò)，具體來(lái)講就需要采用到獨(dú)立且具有冗余機(jī)制的雙網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)體系，確保系統(tǒng)所承載業(yè)務(wù)最高優(yōu)先級(jí)設(shè)置到位，同時(shí)提高CBTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，降低其傳輸延遲與丟包率，可在軌道旁與車載平臺(tái)上建立紅藍(lán)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容，建立基站雙鏈路備份體系，同時(shí)引入EPC作為核心網(wǎng)設(shè)置備用控制中心，對(duì)異地容災(zāi)方式保障聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的冗余性與高可靠性進(jìn)行分析。另外就是要為CBTC系統(tǒng)采用到干擾抑制組合IRC，對(duì)多余頻譜信號(hào)進(jìn)行有效消除。具體來(lái)說(shuō)可采用到不同的RRU對(duì)相同的頻率內(nèi)容與參數(shù)設(shè)置邏輯內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切換頻繁問(wèn)題的有效規(guī)避。

另外還需要分析其業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)相關(guān)問(wèn)題，依然采用LTE技術(shù)中的QQS服務(wù)保障內(nèi)容優(yōu)先對(duì)CBTC業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)施有效升級(jí)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿徊谎訒r(shí)，同時(shí)避免數(shù)據(jù)包丟失情況發(fā)生。具體來(lái)講需要將CBTC業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)置為“最高級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載”，如此一來(lái)在針對(duì)某個(gè)路段的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)擁堵問(wèn)題就能有效解決。比如說(shuō)可優(yōu)先確保CBTC業(yè)務(wù)系統(tǒng)傳輸通信到位，利用LTE的認(rèn)證、AES加密等等技術(shù)方式完善其安全機(jī)制，確保軌道交通網(wǎng)絡(luò)信道數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠安全高效率傳輸[3]。

總結(jié)：

利用LTE技術(shù)所構(gòu)建的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與前衛(wèi)的無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案就能夠有效解決傳統(tǒng)城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中所存在的數(shù)據(jù)傳輸延遲較大、抗干擾能力不強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積不廣泛、數(shù)據(jù)丟包等等問(wèn)題。另一方面它也能降低軌道交通數(shù)據(jù)傳輸成本，提高軌道交通維護(hù)便捷性，所以就目前看來(lái)LTE技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)：

[1]李振. LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 低碳世界， 2019， v.9;No.197（11）：233-234.

[2]葉川. LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 信息與電腦（理論版）， 2017， 377（07）：175-177.

[3]黃云玲. LTE在城市軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線通信的應(yīng)用[J]. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新， 2016， 06：89-92.

（常州地鐵運(yùn)營(yíng)分公司，江蘇 常州 213000）